CN111002582A - 3d打印设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种3D打印设备及3D打印机的控制方法；3D打印设备包括：容器，包含面阵列单元的能量辐射装置，构件平台，Z轴驱动机构，控制装置，基于三维模型中各切片数据，控制所述能量辐射装置和Z轴驱动机构，以在所述构件平台上堆叠图案固化层以得到对应的三维物体。通过将面阵列单元作为能量辐射装置的切片图像显示面板，通过对至少一个面阵列单元面板拼接可实现对大尺寸物件的打印；由显示面板进行面曝光，避免图像边缘能量损失同时兼顾打印效率；采用顶面曝光的方式进行打印而在打印中避免掉件问题，并可将打印面设置在待固化材料自由面之下，不需进行自由面波幅调整而实现打印过程简化。

Description

3D打印设备及其控制方法

技术领域

本申请涉及3D打印领域，特别是涉及一种3D打印设备及其控制方法。

背景技术

3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料和树脂等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印设备通过执行该种打印技术制造3D物体。3D打印设备由于成型精度高在模具、定制商品、医疗治具、假体等领域具有广泛应用。其中，由能量辐射装置与容器的摆放位置，可区分为基于底面曝光或底面投射的3D打印设备与基于顶面曝光或顶面投射的3D打印设备。

所述基于顶面曝光或顶面扫描的3D打印设备包括盛放待固化材料的容器、位于容器上方的能量辐射装置、构件平台和Z轴驱动机构。在利用所述3D打印设备进行打印时，所述能量辐射装置将容器顶部的待固化材料辐射形成附着在构件平台上的固化层，构件平台在Z轴驱动机构带动下下降形成新的待打印层，重复上述步骤逐层累积以得到3D构建。其中，在打印大尺寸的3D构件时，采用顶面扫描的3D打印设备如SLA设备打印速度慢，打印效率低，顶面曝光的3D打印设备如DLP设备在打印中不易进行液位控制、投影图像的边缘存在能量衰减而不宜打印大尺寸物件。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种3D打印设备及一种3D打印机的控制方法，用于解决上述现有技术中顶面曝光或顶面扫描3D打印设备存在的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种3D打印设备，用于将经分层处理的三维模型打印成三维物体，包括：容器，用于盛放待固化材料；包含面阵列单元的能量辐射装置，所述面阵列单元向位于所述容器内的打印面提供面辐射能量，其中，所述打印面低于所述容器中所盛放的待固化材料的表面或位于所述容器中所盛放的待固化材料的表面；其中，所述能量辐射装置用于依据接收的所述三维模型中切片数据的分层图像辐射能量以固化位于打印面的待固化材料，以得到相应的图案固化层；构件平台，对应所述能量辐射装置的能量辐射方向设置，用于附着并承载所形成的图案固化层；Z轴驱动机构，用于驱动所述构件平台在Z轴方向移动；控制装置，用于基于所述三维模型中各切片数据，控制所述能量辐射装置和Z轴驱动机构，以在所述构件平台上附着并堆叠图案固化层以得到对应的三维物体。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述能量辐射装置包括隔离单元，贴于所述面阵列单元以隔离所述面阵列单元与所述打印面的固化材料。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述隔离单元包括：具有透明底面的隔离台，隔离所述待固化材料与能量辐射装置；其中所述面阵列单元透过所述透明底面向所述打印面的固化材料提供面辐射能量；固定机构，用于将所述隔离台固定在所述打印面。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述隔离单元贴于打印面一侧设有剥离膜。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述3D打印设备还包括填充装置，用于在所述控制装置的控制下将待固化材料填充至所述构件平台与打印面之间。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述填充装置包括：刮涂机构，位于所述隔离装置下方，用于在所述构件平台与所述隔离装置剥离后执行刮涂操作，以将待固化材料填充到所述构件平台与打印面之间；支撑机构，将所述刮涂机构固定在所述容器内；移动机构，用于将所述刮涂机构装配在支撑机构上并藉由所述控制装置控制，用于带动所述刮涂机构在所述构件平台与打印面之间的缝隙内移动。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述刮涂机构包括刮刀或抚平杆。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述能量辐射装置包括至少一个面阵列单元；其中，在所述至少一个面阵列单元为多个面阵列单元的状态下，各所述面阵列单元分别或协同辐射所述分层图像。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，在所述至少一个面阵列单元为多个面阵列单元的状态下，各所述面阵列单元拼接设置。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述能量辐射装置还包括用于控制每一面阵列单元的控制器。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述面阵列单元包括以下任一种：LCD面板、OLCD面板、LED阵列面板、OLED阵列面板。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述打印面与所述容器底部之间的高度大于所述待固化材料的表面与所述容器底部之间的高度的二分之一或者四分之三。

本申请的第二方面还提供一种3D打印机的控制方法，用于控制所述3D打印机将经分层处理的三维模型打印成三维物体，所述控制方法包括以下步骤：基于所述三维模型中切片数据的层高驱动所述3D打印机的构件平台移动，以使在所述构件平台与能量辐射装置的之间形成具有待固化材料的打印面；其中，所述打印面低于所述容器中所盛放的待固化材料的表面或位于所述容器中所盛放的待固化材料的表面；基于所述切片的分层图像，控制所述3D打印机的能量辐射装置向所述打印面提供面辐射能量，以在所述构件平台上附着图案固化层；其中，所述能量辐射装置包含向位于所述容器内的打印面提供面辐射能量的面阵列单元；移动所述构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置处剥离，以在所述构件平台上附着图案固化层；依序重复以上步骤以在所述构件平台上附着并堆叠图案固化层以得到对应的三维物体。

在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述移动构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置处剥离的步骤包括：移动所述构件平台以将所述图案固化层从所述隔离单元的剥离膜上剥离。

在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述移动构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置的隔离单元上剥离的步骤包括：具有透明底面的隔离台，隔离所述待固化材料与能量辐射装置；其中所述面阵列单元透过所述透明底面向所述打印面提供辐面射能量；固定机构，用于将所述隔离台固定在所述打印面。

在本申请的第二方面的某些实施方式中，在移动所述构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置处剥离的步骤后，还包括：通过一填充装置将容器内的待固化材料填充值所述打印面的步骤。

在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述通过一填充装置将容器内的待固化材料填充值所述打印面的步骤包括：控制所述填充装置中的刮涂机构在所述打印面上平移，以将所述容器内的待固化材料填充到所述构件平台与打印面之间。

在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述基于切片的分层图像，控制所述3D打印机的能量辐射装置向所述打印面提供面辐射能量的步骤包括：在所述面阵列单元为多个的状态下，控制所述能量辐射装置中的多个面阵列单元分别或协同辐射所述分层图像。

在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述面阵列单元包括以下任一种：LCD面板、OLCD面板、LED阵列面板、OLED阵列面板。

在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述打印面与所述容器底部之间的高度大于所述待固化材料的表面与所述容器底部之间的高度的二分之一或者四分之三。

如上所述，本申请的3D打印设备及其控制方法，具有以下有益效果：

通过将面阵列单元作为能量辐射装置的切片图像显示面板，通过对至少一个面阵列单元面板拼接可实现对大尺寸物件的打印。

另外，由显示面板进行面曝光的方式避免了图像边缘能量损失同时兼顾打印效率。

另外，采用顶面曝光的方式进行打印而实现对三维物体包括大尺寸物体的打印中减少或避免掉件问题，并可将打印面设置在待固化材料自由面之下，不需进行自由面波幅调整而实现打印过程简化。

附图说明

图1显示为本申请的3D打印设备在一实施例中的简化结构示意图。

图2显示为本申请的3D打印设备在一实施例中的简化结构示意图。

图3显示为本申请的3D打印设备在一实施例中的简化结构示意图。

图4显示为本申请的3D打印设备在一实施例中的简化结构示意图。

图5显示为本申请的3D打印设备在一实施例中的简化结构示意图。

图6显示为本申请的3D打印机的控制方法在一实施例中的流程示意图。

图7显示为本申请的3D打印机的控制方法在另一实施例中的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

在采用顶面曝光的3D打印中，通常打印面预设在待固化材料与空气的分界面，完成一层固化后由Z轴驱动机构带动构件平台和附着其上的固化层下降，以填充形成新的预打印层。以此类推，经过多次填充、照射，各固化层累积在构件板上以得到3D物件。所述3D打印设备可以是基于顶面曝光的SLA(Stereo lithography Apparatus，立体光固化成型)设备，其能量辐射装置其能量辐射装置包括激光发射器、位于所述激光发射器射出光路上的透镜组和位于所述透镜组出光侧的振镜组、以及控制振镜的电机等，其中，所述激光发射器受控的调整输出激光束的能量，例如，所述激光发射器受控的发射预设功率的激光束以及停止发射该激光束，又如，所述激光发射器受控的提高激光束的功率以及降低激光束的功率。所述透镜组用以调整激光束的聚焦位置，所述振镜组用以受控的将激光束在所述容器底面或顶面的二维空间内扫描，经所述光束扫描的光固化材料被固化成对应的图案固化层，所述振镜组振镜的摆幅决定SLA设备的扫描尺寸。在顶面扫描的SLA中所述能量辐射装置位于容器上方并向待固化材料的表面激光扫描，在对大尺寸构件时激光扫描的路径延长，使得形成每一固化层需要消耗很长时间，不利于生产效率。

又或如常见的采用顶面曝光DLP(Digital Light Procession，数字光处理，简称DLP)设备，其能量辐射装置位于容器上方并向容器内的待固化材料表面进行投影以形成相应图案的固化层。所述能量辐射装置包括DMD芯片、控制器和存储模块等。其中，所述存储模块中存储将3D物件模型分层的分层图像。所述DMD芯片在接受到控制器的控制信号后将对应分层图像上各像素的光源照射到待固化材料表面。其中，DMD芯片外观看起来只是一小片镜子，被封装在金属与玻璃组成的密闭空间内，事实上，这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的，每一个微镜代表一个像素，所投影的图像就由这些像素所构成。DMD芯片可被简单描述成为对应像素点的半导体光开关和微镜片，所述控制器通过控制DMD芯片中各光开关来允许/禁止各微晶片反射光，由此将相应分层图像照射到光固化材料表面，使得对应图像形状的光固化材料被固化，以得到图案化的固化层。

同时，在对大尺寸构件即对应横截面积较大的构件的打印中，常见的采用顶面曝光的设置(例如DLP或SLA)在打印完成一层后Z轴驱动机构带动附着在构件平台上的固化层下降，待固化材料与空气接触面和固化层上表面之间即形成待打印切片层高，打印面即位于待固化材料的自由液面，液位调节不易进行；此外，DLP的能量辐射系统为基于面投影的投影装置，在投影面的边缘部分不可避免伴随有能量衰减，不适宜于打印大尺寸构件。

鉴于相关技术3D打印设备打印大尺寸构件存在的效率低下或能量衰减等问题，本申请提供一种基于顶面曝光的3D打印设备及其控制方法。例如基于顶面曝光的LCD(LiquidCrystal Display，液晶面光源固化)设备，其能量辐射系统为LCD液晶屏光源系统。所述LCD包括位于所述容器上方的LCD液晶屏、在LCD液晶屏上方对正设置的光源。能量辐射装置中的控制芯片将待打印切片的分层图像通过LCD液晶屏投影到打印面，利用LCD液晶屏所提供的图案辐射面将容器中的待固化材料固化为相应的图案固化层。

请参阅图1，显示为本申请的3D打印设备在一实施例中的简化结构示意图。所述3D打印设备包括容器11，能量辐射装置12、构件平台13、Z轴驱动机构14与控制装置15。所述3D打印设备用于将经分层处理的三维模型打印成三维物体。

所述经分层处理的三维模型即在打印前由分层设备对物体虚拟模型进行切片后的至少包括切片层高与切片图形的由各切片组成的三维模型，所述分层设备可以是单台用户设备、或服务器，其中，所述用户设备包括但不限于台式电脑等计算机设备，所述用户设备可直接获取扫描设备所提供待打印构件所对应的实体的扫描数据，并基于扫描数据构建相应的模型，也可按照设计直接构建生成三维模型。所述服务器包括但不限于：单台服务器、服务器集群等。

所述容器11的主要作用是盛放待固化材料，并提供适宜的温度，在一些实施场景中，也被称为树脂槽。

在某些实施方式中，所述容器11为一槽形结构，由主槽和液位检测区组成，它们之间相互连通。液位检测区装有一液位传感器，用以检测液位高度变化并反馈给PLC，再由PLC控制平衡块来保持液位稳定。应理解的，在不需要液位检测的状态下，比如打印的基准面位于液面以下的实施方式中，所述容器11可以不设置液位检测区，容后详述。

在本申请的一些实施例中，所述容器11为一个顶部开口的槽形结构，即一个开放的槽结构，所述槽型结构用于盛放例如液态树脂的待固化材料，所述带固化材料被盛放在所述容器内时，具有一个暴露在成型室内的空气之中的液面，所述液面的高度控制是通过向容器内补充树脂或从容器内抽取树脂的方式实现的；在相关的技术中，虽有采用控制容器内的负压来实现液面的控制，但该种方案需要将容器密封起来，使容器内的液面位于一个密闭的容器中，这样不利于设置在容器内外之间的Z轴系统的工作，也因多设置了一层透光层而不利于能量辐射，且需要额外的负压源提供负压，而且在实际的工作中，通过负压控制液面更易造成打印基准面的不稳定。

在本申请的一些实施例中，所述容器11侧壁两侧或四侧设置有保温层，并内置有加热板或/和冷却板，利用打印中待固化材料始终与侧壁存在接触面的条件，对待固化材料进行直接的加热或冷却，以控制所述容器11中容纳的待固化材料的温度。

在本申请的一些实施例中，所述容器11包括主槽。所述主槽用于盛放待固化材料，在容器侧壁上可设置保温层并内置加热板或/和冷却板，利用打印中待固化材料始终与侧壁存在接触面的条件，对待固化材料进行直接的加热或冷却，以控制所述容器11中容纳的待固化材料的温度。

所述待固化材料包括任何易于光固化的液态材料或粉末材料，其液态材料举例包括：光固化树脂液，或掺杂了添加剂、颜料、染料等混合材料的树脂液等。粉末材料包括但不限于：陶瓷粉末、颜色添加粉末等。所述容器11的材质包括但不限于：玻璃、塑料、树脂等。

所述容器11的横截面根据在打印设备中容纳的待固化材料体积需要与曝光面面积需要而设置。所述容器11的侧壁与容器11底具有一定强度，可由金属材料如：铝合金、不锈钢等制成，也可以采用如碳纤维、有机硅材料、玻璃、塑料等非金属材料制备而得。所述容器11材料可设置为透明或非透明材料，并可在容器11内壁贴设吸光纸，如黑色薄膜或黑色纸等，以减少在投影期间由于光散射对待固化材料的固化干扰。

所述Z轴驱动机构14一般包括驱动单元和竖直移动单元，所述驱动单元用于驱动所述竖直移动单元，以便所述竖直移动单元带动构件平台13升降移动。例如，所述驱动单元为驱动电机。所述驱动单元受控制指令控制。其中，所述控制指令包括：用于表示构件平台13上升、下降或停止的方向性指令，甚至还可以包含转速/转速加速度、或扭矩/扭力等参数。如此有利于精确控制竖直移动单元的上升的距离，以实现Z轴的精准调节。在此，所述竖直移动单元举例包括一端固定在所述构件平台13上的固定杆，与固定杆的另一端固定的咬合式移动组件，其中，所述咬合式移动组件受驱动单元驱动以带动固定杆竖直移动，所述咬合式移动组件举例为由齿状结构咬合的限位移动组件，如齿条等。又如，所述竖直移动单元包括：丝杆和旋接所述丝杆的定位移动结构，其中所述丝杆的两端旋接于驱动单元，所述定位移动结构的外延端固定连接到构件平台13上，该定位移动结构可为滚珠丝杠。应当理解，所述Z轴通常为竖直方向，即与水平方向相垂直的方向。

常见的，在底曝光的设备(例如DLP或LCD设备)中所述构件平台悬设于打印基准面的上部，在顶曝光的设备(例如DLP或SLA设备)中，所述构件平台悬设于打印基准面(通常指树脂槽的液面)的下部，用于附着并积累经照射固化的图案固化层。通常，所述构件平台的材料与光固化材料不同。构件平台受3D打印设备中Z轴驱动机构的带动，沿Z轴方向移动以便于待固化材料填充到构件平台与打印面之间，使得3D打印设备中的能量辐射系统可通过能量辐射照射待固化材料，使得经照射的材料固化并累积的附着在所述构件平台上。为了精准的对每层固化层的照射能量进行控制，构件平台及所附着的已制造的3D物体部分需移动至与所述打印基准面之间间距最小值为待固化的固化层的层厚的位置。

在本申请的一些实现方式中，以如图1所示的顶面曝光的LCD设备为例，当所述Z轴驱动机构14带动构件平台13上升时，通常是为了将所述构件平台13或附着在构件平台13上的图案化固化层上升到相距容器11底部一固化层层高的间距，以便照射填充在所述间距内的光固化材料。当所述Z轴驱动机构14带动构件平台13下降时，通常是为了将图案固化层自容器11底部分离。

请参阅图2，显示为本申请的3D打印设备在一实施例中的简化结构示意图。所述能量辐射装置12在控制装置15的控制下向打印面辐射能量，将打印面与构件平台13之间的待固化材料固化形成相应的图案固化层后，在如图2所示的状态，所述Z轴驱动机构14带动构件平台13下降，以填充待固化材料形成新的待打印层。

所述控制装置15用于控制所述Z轴驱动机构14沿竖直轴向移动以及控制所述能量辐射系统的照射时间、功率、或者频率中的至少一种。所述控制装置15可包括：存储单元、处理单元、和接口单元等。

所述存储单元包括高速随机存取存储器，并且还可包括非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。在某些实施例中，存储单元还可以包括远离一个或多个处理器的存储器，例如经由RF电路或外部端口以及通信网络(未示出)访问的网络附加存储器，其中所述通信网络可以是因特网、一个或多个内部网、局域网(LAN)、广域网(WLAN)、存储局域网(SAN)等，或其适当组合。存储器控制器可控制设备的诸如CPU和外设接口之类的其他组件对存储器的访问。

所述处理单元包含一个或多个通用微处理器、一个或多个专用处理器(ASIC)、一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或它们的任何组合。所述处理单元可操作地与存储器和/或非易失性存储设备耦接。更具体地，处理器可执行在存储器和/或非易失性存储设备中存储的指令以在计算设备中执行操作，诸如生成图像数据和/或将图像数据传输到电子显示器。

所述接口单元包含多个接口，各接口分别连接能量辐射系统、构件平台13和Z轴驱动机构14。各接口根据实际数据传输协议而被配置在控制装置15上，所述处理单元与各接口可操作地耦接，以便于所述控制装置15能够与上述能量辐射系统、构件平台13和Z轴驱动机构14进行交互。

在打印期间，所述控制装置15控制Z轴驱动机构14和能量辐射系统进行逐层固化。所述控制装置15依据预设的打印顺序逐个的将分层图像发送给能量辐射系统，由所述能量辐射系统将所述图像照射到打印面，所照射的能量将打印层的待固化材料固化成对应的图案固化层。所述控制装置15还用于在照射间隙向所述Z轴驱动机构14发出控制指令，例如，所述控制装置15在控制能量辐射装置12照射完成后，向Z轴驱动机构14发送下降方向和转速的控制指令，所述Z轴驱动机构14基于所述控制指令下降至相距能量辐射装置12图像显示面的预设高度，再由所述控制装置15向Z轴驱动机构14发送包含上升方向和转速的控制指令，使得所述Z轴驱动机构14带动构件平台13向打印面移动。在整个上升和下降期间，所述控制装置15通过监测所述Z轴驱动机构14的运动来确定构件平台13相对于打印面的间距，并在所述构件平台13达到对应间距时，输出包含停止的控制指令。控制装置15通过判断3D物件模型是否完成了所有分层图像的照射，若是，则打印完毕，若否，则重复执行上述打印过程直至打印完毕。

所述能量辐射装置12包括面阵列单元120与存储模块，所述面阵列单元120向位于所述容器11内的打印面提供面辐射能量，所述存储模块用于存储将3D物件模型分层后的各分层图像。其中，所述打印面低于所述容器11中盛放的待固化材料的表面或位于所述容器11中盛放的待固化材料的表面，也就是说，所述打印面位于所述容器11中盛放的待固化材料的表面以下的位置，即所述能量辐射装置12的辐射面浸入在树脂槽的液体树脂中；或者所述打印面与所述容器11中液体树脂的液面相互贴合。

所述能量辐射装置12用于将所述三维模型中的切片数据的分层图像辐射到位于打印面的待固化材料，以得到相应的图案固化层。

所述切片数据至少包括三维模型每一切片的层高和每一切片对应的切片图形。在所述分层设备对所述三维模型的分层处理中，将三维模型沿Z轴方向(即沿高度方向)进行横截划分。其中，在每相邻横截划分所形成的横截面层上形成由三维模型的轮廓所勾勒的横截面图形，在所述横截面层足够薄的情况下，认定所述横截面层上横截表面和下横截表面的轮廓线是一致的，即该横截层轮廓线即形成分层图像。所述轮廓包括内轮廓与外轮廓，外轮廓即三维模型的外表面的一部分，内轮廓为三维模型中如孔壁、槽壁等内部结构表面的一部分。

所述打印面设置在容器11中待固化材料上表面或一定深度液面下，所述深度即在待固化材料的空气交界面之下的深度，所述一定深度液面下是指液面距离容器底面之间的某个深度的水平位置。即所述能量辐射装置12的面阵列单元120中对分层图像的显示面可位于待固化材料的上表面，或所述显示面可在待固化材料中浸没一定深度，对该深度平面所对应的待固化材料进行固化。

一般来说，对于顶面曝光或顶面扫描的3D打印设备，打印面设置于待固化材料的上表面即与空气的接触面。在对常见的液态待固化材料的打印中，调整打印层层高即自由液面与构件平台13上固化层上表面之间的距离，相对于底面曝光方式较难进行。

在本申请的一实施例中，所述面阵列单元120浸入所述待固化材料中，所述打印面在一定深度液面下并稳定处于该平面，在完成一层的固化后，附着在构件平台13上的固化层在Z轴驱动机构14的带动下下降，该固化层上表面与打印面之间被填充后形成新的待打印层，基于切片数据中设置的层高调整待打印层高度只需控制Z轴驱动机构14在Z轴方向的移动即可实现，不需克服自由液面的波幅，在打印面处于自由液面之下时也不需对液位高度进行调节，即解决了将自由液面作为打印面需要对液面进行调整操作繁杂的问题。也即，本申请提供的3D打印设备，可通过设置打印面在待固化材料表面之下，由此消除了现有的顶面曝光方式中需要进行液位检测与调控等一系列步骤并需为实现液位控制装配相应设备的生产成本，本申请的3D打印设备由此降低了生产成本并提高了打印效率。

在光固化反应中，其本质是由光引发的聚合、交联反应，光聚合反应包括自由基光聚合反应和阳离子光聚合反应，在自由基光聚合反应和阳离子光聚合反应中待固化材料被固化的微观过程均通过自由基聚合实现。空气中的氧气为一种氧阻聚剂，即氧气具有与自由基发生聚合反应的性质，对于采用顶面曝光的3D打印设备，目前所述打印面设置在待固化材料的自由面上即与空气接触的表面，则打印中存在空气与待固化材料的自由基聚合反应发生竞争，体现为对固化过程的阻聚作用。

本申请的进一步改进在于，本申请的3D打印设备可以解决现有的采用顶面曝光方式打印中打印面存在氧阻聚剂的问题。基于本申请的打印面设置，当所述打印面设置在待固化材料的表面时，所述能量辐射装置的显示面贴在待固化材料上表面，即阻断了打印面的待固化材料与氧气的接触。当所述打印面设置在一定深度液面下，显然在打印面的光固化材料与空气中的氧气处于隔离状态，进而避免了打印中固化过程被空气氧阻聚的现象。在一些实现方式中，所述打印面与所述容器11底部之间的高度大于所述待固化材料的表面与所述容器11底部之间的高度的二分之一或者四分之三。所述打印面设置在待固化材料的表面之下，而相对于待固化材料在容器11中的体积空间仍处于上部。在本申请提供的实施例中，在无特别说明的情况下，默认将打印面即置在高度临近待固化材料表面的水平面上。

所述面阵列单元120至少包括：光源、光通结构、与显示面板，用于呈现所述分层图像的图案固化层并将打印面下待固化材料以预设层高固化为显示的分层图像。所述光源用于辐射出用于固化的光线，在经过所述光通结构与显示面板的选择后显示为预打印的切片图像。所述光通结构与光源和显示面板对接，用于在光源与显示面板的成像面之间改变或/和选择所述光源发射光的路径或选择过滤光源发射光。所述显示面板显示的固化图案将与其贴近的打印面以其所显示的切片图形辐射固化。

在本申请的某些实施方式中，所述能量辐射装置12包括至少一个面阵列单元120，以及用于控制每一面阵列单元的控制器122。所述控制器122包括光源驱动单元，用于控制面阵列单元120的光源阵列，可表现为调节切片图案、光强、时长中的至少一种。所述控制器122与所述3D打印设备的控制装置15相联，基于所述三维物体的切片数据，所述控制器122生成控制信号，调节所述面阵列单元120中各个光源是否发光、发光时长和辐射强度以显示所对应切片的图形，并将预设间隙即设置为待固化层层高的间隙内的待固化材料固化形成相应的切片图形。

所述每一控制器122可基于经捕捉并检测的在其对应的面阵列单元120的显示面板上辐射光的强度及图像投射单元对应该光辐射强度的照射参数补偿调整所述图像投射单元照射分层图像的像素灰度；还可以基于捕捉并检测的光辐射强度及所述光源驱动单元对应该光辐射强度的照射参数补偿调整光源驱动单元向光源的输出功率和/或供电时长。

所述控制器122可以为CPU(中央处理器，Central Processing Unit，缩写CPU)或集成有CPU的芯片，还可以是GPU(图形处理器，Graphics Processing Unit，缩写GPU)，所述控制器122可集成在能量辐射装置12的存储模块中或与存储模块分开封装并通过系统总线与非易失性存储器连接，所述非易失性存储器举例为固态硬盘或U盘等。

在本申请的一实现方式中，在所述至少一个面阵列单元为多个面阵列单元的状态下，各所述面阵列单元拼接设置。所述多个面阵列单元的面板外轮廓相衔接，以形成完整得拼接结构。当所述面阵列单元为一个，所述能量辐射装置的用于形成分层图像的辐射面即为面阵列单元的显示面板。在所述显示面板上可显示单个三维模型的切片图像，当满足摆件条件时将多个三维模型摆放在打印面内，亦可为同时显示多个三维模型的切片图像。当所述面阵列单元数量为两个以上时，不同面阵列单元之间显示面板拼接形成一连续的面板。在对大尺寸物体的打印中，所述物体的三维模型切片在不同阵列单元控制器的协同配合下显示在拼接形成的面板上，即可实现尺寸轮廓大于单个阵列单元面板轮廓的三维物体的打印。

在所述至少一个面阵列单元为多个面阵列单元的状态下，所述控制装置控制所述能量辐射装置中的多个面阵列单元分别或协同辐射所述分层图像。控制装置对每一面阵列单元的控制可分别独立进行，也可协同进行使得各面阵列单元以一定的关系或条件辐射能量。对于至少一个三维物体的打印，基于分层处理后获得的切片的摆放位置，当所述分层图像包括一个或多个封闭图形且所有图像被放置在一个面阵列单元的显示面板中时，所述控制装置可控制一个面阵列单元单独辐射分层图像以得到相应的图案固化层；当所述分层图像包括多个封闭图形且不同封闭图形被放置在不同面这列单元的显示面板时，所述控制装置可控制不同面阵列单元基于其显示面板内的图形属性辐射能量以实现对应图形的固化；当所述分层图像中至少一个封闭图形的轮廓超出单个面阵列单元的显示面板的显示范围时，所述控制装置控制多个面阵列单元协同辐射分层图像使得所述封闭图形被完整的辐射以形成相应的图案固化层。

在本申请的一实施例中，所述面阵列单元120为LCD面板，至少包括发光源与液晶显示屏。

在本实施例的一实现方式中，所述面阵列单元为LCD面板，包括发光源、聚光透镜、菲涅尔透镜、上层偏振膜、液晶显示屏和下层偏振膜。所述聚光透镜与菲涅尔透镜即为光通结构，用于改变或/和选择所述发光源发射的光。所述发光源即面阵列单元的光源，可设置为LED(Light-emitting diode，发光二极管，简称LED)排列形成的一组显示器件。例如，所述光源阵列为按照1024*768矩阵形式排布的LED光源。在某些实现方式中，所述发光源为375-405nm的紫外线LED光源，其辐射的光通过聚光透镜在菲涅尔透镜上均匀分布。或者，所述发光源所述光源可以为单色LED或彩色LED光源。或者，所述LCD面板采用冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EFFL)为光源。所述发光源可采用以上任一例举，但并不以此为限。

所述聚光透镜即为凸透镜，用于使得所述发光源发射的光在所述聂菲尔透镜上均匀分布。

所述菲涅尔透镜通过折射使光线改变路径垂直照射到液晶显示屏，通过将透镜划分出为一系列理论上无数多个同心圆纹路即菲涅耳带使得透镜焦距缩短并可传递更多的光。

所述上层偏振膜、下层偏振膜分别设置于所述液晶显示屏的上、下表面，用于控制通过液晶显示屏的光路。在本申请的一实现方式中，所述上层偏振膜与下层偏振膜为一系列越来越细的平行线，所述平行线形成的线网对光线选择阻断，只能通过与平行线相平行的光。由紫外线发光源发射的光在经过所述菲涅尔透镜的路径改变后垂直照射至所述液晶显示屏表面，经过上层偏振膜与下层偏振膜对光线的筛选，以显示出可穿透下层偏振膜的光线，可有效滤除杂光如被极化的光。在本实施例的另一实现方式中，所述液晶显示屏的上下表面可设置为偏振光滤光器。所述上下表面的偏振光滤光器与液晶显示屏相互配合，以选择透过从菲涅尔透镜透射的光，形成相应的切片图案。

所述液晶显示屏水平放置，包括成像显示部分即显示面板，所述成像显示部分为选择性透明显示区域，透过液晶屏的紫外光线构成紫外光图像区域照射在打印面的待固化材料上使其发生固化。在所述控制器的电路驱动下，所述控制器提供所述LCD面板图像信号，使得在液晶屏幕上显示待固化层对应的切片分层图像。在本申请的一实现方式中，所述液晶屏的上下表面为分别排列有细槽的玻璃基板，所述上下表面玻璃基板的细槽相互垂直，两玻璃基板之间填充有液态晶体，所述晶体中微观结构呈杆状水晶分子。每一玻璃基板的细槽上还分别附着有配向膜，使所述分子在其中沿着细槽整齐排列。在本申请的一实现方式中，液晶屏上表面的分子沿南北方向、下表面的分子沿东西方向，位于液晶屏上下表面间的光线沿着分子的排列方向传播，即光线经过液晶被扭转90°，在液晶上加上电压时可控制分子重新排列使得光线被直射出去。所述液晶面板包含多个像素，对每一像素可单独控制所选择透过的光线，通过控制液晶屏的电压，可改变其中水晶分子的方向，使得液晶屏透过的光线折射而显示为所需的切片图像。

在本申请的另一实施例中，所述面阵列单元120为LCD面板，包括导光板、紫外线LCD光源、反光膜、增光膜、扩散膜及LCD屏。在本实施例一实现方式中，所述紫外线LCD光源为紫外线LCD光带，分别设置于所述导光板的前侧、后侧、左侧和右侧。

所述导光板可采用亚克力板、PC板，但并不以此为限，由具有高反射率且不吸光的材料制成。导光板中包括多个导光点，射入导光板的光以不同角度扩散而使导光板均匀发光。

在本实施例的一种实现方式中，所述扩散膜为不同材料层组成的多层结构，从上至下依次为第一扩散层、聚酯芯层及第二扩散层。所述第一、第二扩散层为包含扩散粒子(如二氧化硅)的芳香族饱和聚酯，所述聚酯芯层为芳香族饱和聚酯。

所述LCD屏的上下表面分别设置有偏振膜，用于选择性透过照射于LCD屏上的光线。在实际应用中，导光板的四个侧面的紫外线LCD导光带向导光板内侧发出紫外光，所述导光板可引导紫外光传播路径，使紫外光在其中转化为上下两个方向。所述反光膜设置在导光板上表面，将导光板中射入上方的光经其反射到下方向。所述增光膜设置在导光板下方，用于增加射入下方的紫外光亮度，紫外光经由设置在增光膜下方的扩散膜均匀照射至LCD屏。所述LCD屏包括上下表面的玻璃基板和其中填充的液态晶体。所述玻璃基板上设置有平行排列的细槽与配向膜，其中，所述上表面玻璃基板和下表面玻璃基板的细槽排列方向相互垂直。所述液态晶体由杆状液晶分子组成，在配向膜的作用下整齐排列在上下表面的细槽中。在不通电状态下，光线经过液晶中传播时被扭转90°；在液晶上加上电压时可控制液晶分子重新排列使得光线被直射出去。所述液晶面板包含多个像素，对每一像素可单独控制所选择透过的光线，通过控制液晶屏的电压，可改变其中水晶分子的方向，使得液晶屏透过的光线折射而显示为所需的切片图像。

在本申请的一些实施例中，所述面阵列单元120为OLCD面板。所述OLCD面板即有机LCD面板，至少包括光源和显示屏。所述光源可设置为LED排列形成的一组显示器件，例如，所述光源阵列为按照1024*768矩阵形式排布的LED光源。在某些实现方式中，所述发光源为375-405nm的紫外线LED光源；或者，所述发光源所述光源可以为单色LED或彩色LED光源；或者，所述LCD面板采用冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EFFL)为光源。所述发光源可采用以上任一例举，但并不以此为限。

在本申请的一实施例中，所述显示屏为利用塑料基板制作的高性能柔性显示屏，以柔性低温有机薄膜晶体管(OTFT，Organic Thin Film Transistor)底板技术为基础，通过TAC和PET等低成本塑料底层的TFT LCD生产线制成，具有纤薄防碎的特性。所述显示屏包含多个像素，每一像素点由四个相互独立的薄膜晶体管驱动，对每一像素可单独控制所选择透过的光线，如通过控制显示屏的电压，使得显示屏透过的光线折射而显示为所需的切片图像。

在本申请的一实施例中，所述显示屏上下表面还分别设置有第一偏振膜、第二偏振膜，用于对照射至显示屏的光线进行选择阻断。所述偏振膜为一系列越来越细的平行线，所述平行线形成的线网可对光进行筛选，即只能通过与平行线相平行的光。照射至显示屏表面的光，经过第一偏振膜、第二偏振膜的选择，可有效滤除杂光，配合所述显示屏对光的选择性透过，以实现在打印面显示为待固化的切片图像。

在本申请的一实施例中，所述OLCD面板的发光源与显示屏之间还设置有聚光透镜，所述聚光透镜可以是凸透镜，用于使所述发光源辐射的光经过聚光透镜后均匀分布至显示屏表面。

在本申请的一些实施例中，所述面阵列单元120为LED阵列面板。所述LED阵列面板包括LED阵列基板与光栅。

所述LED阵列基板即面阵列单元的光源阵列，由多个LED发光器件组成。所述LED发光器件包括红光LED发光器件、蓝光LED发光器件和绿光LED发光器件即以光的三原色之一作为单个发光器件的颜色，所述红、蓝、绿光LED发光器件分别沿行、列方向上呈周期性排布。通过对不同光原色的LED发光器件的排布，可将相邻的几个包含任一光色的发光器件以一定的排列规则作为一个像素单元，每一红光、蓝光、绿光LED发光器作为子像素。所述LED排列基板上侧设置有背光板，将所述LED发光器发射的光发射至下方向，所述背光板可以为封装盖或贴设有反光膜的平板。

所述光栅可以是液晶光栅，也可以是透镜光栅。所述光栅设置在LED阵列基板的出光侧即下侧，形成光栅显示面板。所述光栅可用于调节入射光的相位或振幅。

进一步的，所述LED阵列面板还包括温度传感器，用于感测与调整LED发光器件的问题，避免LED波长收到温度影响发生改变而影响辐射光的能量与图像。

所述LED阵列面板的光源阵列由所述控制器进行调控，所述控制器基于切片数据如层高、切片图像控制每一像素点的LED发光器件，使得所述LED阵列面板显示为相应图像并将对应层高内的待固化材料固化。

在本申请的一些实施例中，所述面阵列单元120为OLED(Organic Light-EmittingDiode，有机发光二极管，简称OLED)阵列面板。所述OLED阵列面板包括基板、盖板、有机发光层与封装层。所述基板设置为OLED阵列面板最下层，所述有机发光层设置在基板与盖板之间，所述封装层设置在盖板端部。

所述有机发光层即为所述面阵列单元中的光源，包括以点矩阵形式实施的多个像素电路，每一像素电路均对应一个独立可寻址的像素。所述每一像素电路对应一个有机发光二极管与像素晶体管，所述像素晶体管可作为控制所述有机发光二极管的开关元件，用于控制其对应有机发光二极管中是否通过驱动电流。所述像素电路排列呈矩阵形式，以确保构成可显示一定图像的显示面板。所述每一像素电路由所述面阵列单元对应的控制器控制，以确定对每一像素电路的驱动电流大小，通电时长等。所述像素晶体管可以是金属氧化物薄膜晶体管，可采用例如氧化锌、氧化铟锌等金属氧化物制成。

所述基板采用透光材质制成，所述透光材质可以是透明玻璃或塑料如有机玻璃、石英玻璃、PC等。所述盖板与封装板用于将所述像素晶体管的光反射至向下方向，在本实施例一实现方式中，所述盖板下表面可贴设反光膜。所述有机发光层在所述控制装置的控制下，根据相应的切片数据选择性驱动像素晶体管，以控制像素晶体管中的驱动电流，输入驱动数据与亮度数据，以基于切片图像与对应层高对相应的待固化材料辐射能量。

在本申请的另一实现方式中，所述OLED阵列单元包括基板，有机层、第一电极、第二电极、透明层。

所述有机层夹置在第一电极和第二电极之间，且通过第一电机与第二电机之间的电学传导发光，为电致发光层。在一种实现方式中，所述有机层包括空穴注入层、空穴运输层、发射层、电子运输层、电子注入层；可采用涂覆方式、热蒸发方式、溅射方式、电子书蒸发方式或化学气相沉积方式将所述有机层设置在两电极之间。

所述空穴注入层用于使得空穴能够从第一电极注入，且空穴输运层用作从空穴注入层注入的空穴的移动路径，使得注入的空穴可以遇到来自第二电极的电子。

所述电子注入层用于使得电子能够从第二电极注入，且电子输运层用作从电子注入层注入的电子的移动路径，使得在发射层中电子遇到从空穴输运层移动的空穴。

所述电子运输层可以包括低功函数金属及其混合物组成的组中的任意一种的电子输运层以促进电子从第二电极的注入。所述低功函数金属可以包括Cs、Li、Na、K、Ca，所述混合物可以包括Li-Al、LiF、CsF和Cs₂CO₃。

在本实施例的一实现方式中，所述第一电极设置在所述基板上，所述有机层设置在第一电极与第二电极之间。所述第一电机与第二电极分别为阳极与阴极，所述第一电极紧贴设置在基板上表面，可采用溅射方法、离子电镀方法或使用电子(e)枪的热蒸发方法在基板上形成；所述第二电极设置在所述有机层上，可采用:具有透明性的银(Ag)、铝(Al)和锰-银(Mg-Ag)合金的任一种或组合物制成。

所述有机层与第一电极之间或所述有机层与第二电极之间可设置一透明层，所述透明层可以采用包括自由氧化物、氮化物、盐中的任一种或其混合物并形成透明层，但不受限于上述例举。所述透明层可以设置为0.1～10nm的厚度，可用于减小电阻并增加光的投射率。

具体的，发射层夹置在空穴输运层和电子输运层之间，且使用来自空穴输运层的空穴和来自电子输运层的电子发光。即，发射层通过在空穴输运层和电子输运层的边界表面上相遇的空穴和电子发光。

所述基板采用透光材料制成，使得所述有机层发射的光能透过其辐射至待固化材料表面。

请继续参阅图1，在本申请的一实施例中，所述能量辐射装置12还包括隔离单元121，贴于所述面阵列单元120设置，用于隔离面阵列单元120与打印面。所述隔离单元121与面阵列单元120的显示面板紧贴，至少将与显示面板相贴的部分设置为高透光率如透光率达到90％以上的材料制成的隔离板1211，所述隔离板1211可以是甲基烯酸甲酯单体(MMA)制成的有机玻璃板(透光率可达到92％以上)包括亚克力板、亚克力夹纤维透光板等，或可设置为石英玻璃板如透明聚碳酸酯玻璃板、氧化铝玻璃板，也可设置为钢化玻璃透光板或聚氟乙烯(PVC)板，但并不以此为限。

在本申请的一实施例中，所述隔离单元121包括隔离台与固定机构。所述隔离台具有透明底部，用于隔离待固化材料与能量辐射装置12。所述透明底部包括所述隔离板1211，用于在实现隔离作用的同时透过能量辐射装置12的显示面板的图像，面阵列单元120透过透明底面向打印面提供面辐射能量，将打印面的待固化材料以显示面板的图像固化。在本实施例的一实现方式中，所述隔离台为一具有水平的透明底部的槽结构，将所述面阵列单元120容设于其中，其透明底部与面阵列单元120显示面板接触。所述槽结构可设置为一体化连接的固定结构，亦可设置为可拆分的结构如透明底部包括一卡槽结构，放置于卡槽中的隔离板1211可进行拆卸更换。

所述固定机构用于将所述隔离台固定在所述打印面，所述固定机构即作为隔离台的承载结构。在本申请的一实施方式中，所述固定机构设置在3D打印设备的机箱侧壁或顶部等固定结构上，包括移动模块和限位模块。所述移动模块可产生在水平面内的平移运动或Z轴的升降运动，带动设置在固化机构上的隔离台随之在容器11内上下移动或水平移动。所述限位结构用于锁紧移动模块，将移动模块固定在一具体空间位置，在固化过程中，所述移动模块处于锁紧状态。

在逐层打印的过程中，能量辐射装置12将打印面的待固化材料固化以形成第一层固化层，所述第一层固化层附着在构件平台13上，构件平台13在Z轴驱动机构14的带动下下降与隔离台下表面分离，构件平台13下降至与隔离台底部间距为待打印切片层高处并在间隙中填充待固化材料，再次照射以得到附着在第一层固化层上的第二层固化层，以此类推，经过多次填充、照射和分离操作，将各固化层累积在构建板上以得到3D物件。

在本申请的一实施例中，所述隔离单元121贴于打印面一侧即下表面设置有剥离膜。所述剥离膜与待固化材料直接接触，将隔离单元121与固化层的分离转化为膜与固化层分离。所述剥离膜具有弹性形变能力，在分离过程中克服分离力产生形变后具有恢复力；同时，所述剥离膜采用具有透光性的材质制成以确保实现依照预设打印层厚和切片图像完成光固化。所述剥离膜可设置为本体防粘材质或在与打印面接触的表面上涂覆防粘涂层，使剥离过程需克服的拉扯力或粘合力减小。

在本实施例的一实现方式中，所述剥离膜的材质包括聚烯烃和/或含氟聚合物，通过利用聚烯烃或含氟聚合物材质本身具有的难粘结特性以使剥离易于进行。

在本实施例的一实现方式中，所述剥离膜由至少含有聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、ABS树脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、及其组合中的任一材料所制成，但并不以此为限。

在本实施例的一实现方式中，所述剥离膜为有透氧能力的氟类聚合物薄膜，如AF2400或AF1600的透氧薄膜，在逐层的固化过程中剥离膜与固化层之间能形成25～35μm层厚的死区，所述死区的待固化材料不能固化，在分离中打印层与剥离膜可轻松脱落。

在本实施例的一实现方式中，所述剥离膜为具有一定厚度的多孔结构层。剥离膜本体由疏液材料制成，其内开有通孔，所述通孔贯穿该剥离膜本体的上下表面，并在剥离膜本体的表面形成孔隙，该孔隙使得光固化材料与剥离膜本体的接触面上具有空隙，由于光固化材料不浸润剥离膜本体，当光或其他辐射能量照射在剥离膜本体表面上的可光固化材料后，光固化材料在剥离膜本体表面固化形成固态的打印中间物，由于剥离膜本体的表面上具有孔隙，使得打印中间物与剥离膜本体的接触面上具有空隙，即打印中间物与剥离膜本体表面的接触面积小，剥离膜本体表面与打印中间物的附着力小，打印中间物能够与剥离膜本体直接脱离。

在本实施例一实现方式中，所述剥离膜为有机膜，下表面附着一层阻聚剂，所述阻聚剂在剥离膜表面形成一层液态离型层，所述离型层为不与光固化材料如液态树脂发生聚合反应的可聚合材料，具有疏水疏油性，通过采用透光的阻聚剂通过固化-阻聚效应将固化层与隔离台底部的分离由固-固分离转为固-液分离，明显减少分离时的粘合力。

在本实施例的一实现方式中，所述剥离膜可设置为由不同材料层组成的多层结构，在多层结构中设置有高分子PE透气膜与离型涂料层，所述高分子PE层能抑制紫外光在氧气作用下固化反应的进行，通过高分子PE透气膜可将氧气引入树脂底部形成一层薄的液态抑制固化层，避免固化区域与所述隔离台底部黏结，使固化过程保持连续性，从而达到比传统3D打印速度快很多倍的效果。所述离型涂料层涂覆在高分子PE透气膜上并直接接触光固化材料，剥离力≤6g/mm。

请参阅图3～图5，显示为本申请的3D打印设备在一实施例中的简化结构示意图。所述3D打印设备还包括填充装置16，用于在所述控制装置15的控制下将构件平台13待固化材料填充至所述构件平台13与打印面之间。在完成一层固化后分离的过程中，尤其对于大幅面物体的打印，待固化材料的自身的流动填充速度通常小于构件平台13的移动速度，构件平台13下降过程中容易形成气泡或真空腔。所述填充装置16与所述控制装置15相连，配合所述构件平台13与Z轴驱动机构14的运动，在完成一层固化后Z轴驱动机构14带动构件平台13下降与打印面之间形成间隙，填充装置16接受控制装置15的指令在所述间隙中进行刮涂、喷洒等对待固化材料补充的动作。在3D打印中，每一打印层的层高可人为设置，同时受限于打印条件与产品质量考量，通常打印层高在25～300μm，远小于刮涂机构在Z轴方向的尺度。如图3所示，在完成对上一打印层的固化后，所述Z轴驱动机构14带动构件平台13下降使固化层与打印面分离，并下降至打印面与构件平台13形成的间隙可容纳所述填充装置16。图4显示为所述填充装置16在所述间隙中对待固化材料进行补充的状态。在图示实施例中所述填充装置显示为从左至右运动以对待固化材料进行填充，所述构件平台处于静止状态以确保填充操作相对于一稳定的平面进行；当然，实际实施中填充装置的运动并不以此为限。图5显示为所述填充装置16完成对待固化材料的补充后，填充装置移动至打印面范围之外，Z轴驱动机构14带动构件平台13上升至打印面与构件平台13之间间隙为待打印切片层高，即可对形成的待固化层进行能量辐射。

在本实施例一实现方式中，所述填充装置16包括刮涂机构、支撑机构、以及移动机构。所述刮涂机构设置在所述隔离单元121下方，用于在所述构件平台13与所述隔离单元121完成固化层剥离后执行刮涂操作，以将待固化材料填充到构件平台13与打印面之间。

在本实施例的一种实现方式中，所述刮涂机构可以是刮刀。所述刮刀中设置有真空泵与传感器，在刮刀进行刮涂或涂覆运动时真空泵保持抽气工作，把真空泵调到一定的压力后，未被固化的材料在刮刀吸附槽的负压作用下被吸附到吸附槽中，而后将吸附槽中的待固化材料涂覆到构件平台13与打印面间，并消除待固化材料中产生的气泡。所述传感器可实时监测刮刀中真空泵的真空度并将真空度信息反馈至所述控制装置15，藉以调节真空泵的工作，以实现刮涂过程中真空腔内负压的稳定。

在本实施例的一种实现方式中，所述刮涂机构可设置为抚平杆。所述抚平杆包括支架、转动轴与可绕转轴转动的套筒，所述支架两端架设在支撑机构上并与移动机构连接。在移动机构的带动下，所述抚平杆可在其所处水平面内移动，所述套筒可绕转动轴旋转，藉以实现对待固化材料的刮涂或涂覆。

所述支撑机构将所述刮涂机构固定在所述容器11内，并与所述刮涂机构活动连接。在本申请的一实现方式中，所述支撑机构可采用具有一定的结构强度的材料如不锈钢、铝合金等金属复合材料制成，包含使得刮涂机构在一定路径上移动的导向结构如导轨。所述刮涂机构装配在支撑机构上沿导轨在容器11内运动。

所述移动机构用于将所述刮涂机构装配在支撑机构上并受所述控制装置15控制，用于带动所述刮涂机构在所述构件平台13与打印面的缝隙之内移动。构件平台13所述构件平台13与打印之间的缝隙即可满足所述刮涂机构在其中运动的一定间距。在本申请的一实现方式中，所述移动移动包括驱动装置与连接部，所述连接部、驱动装置以及刮涂机构的位置相对固定，所述连接部将刮涂机构装配在支撑机构上，所述驱动装置在控制装置15的控制下带动刮涂机构运动。所述驱动装置可以为行进电机，所述连接部可设置为安装梁，所述安装梁两端可设置在支撑机构的导轨上，所述刮涂机构设置在安装梁主体上在行进电机的带动下随安装梁一起沿导轨移动。以实现将所述待固化材料涂覆在构件平台13与打印面的缝隙中并消除气泡。

综上所述，本申请第一方面藉由提供一种3D打印设备，在实际打印中，在对至少一个三维物体的打印中，基于前处理获得的切片数据，将至少一个三维物体的切片图案以对应可使得设置层高内的待固化材料固化的辐射能量显示在至少一个面单元阵列拼接而成的连续面板上，并将打印面设置在待固化材料表面或之下，完成一层固化后，由Z轴驱动机构带动构件平台下沉，填充装置对打印面与构件平台之间的缝隙进行填充，基于下一打印层的切片数据重复上述步骤直至在构件平台上累积形成所有三维物体；可避免现有的基于的顶面曝光进行打印需在每层固化后调整液面的问题，简化了操作流程；同时可实现对大尺寸物件的打印并避免发生掉件，并具有较佳的打印速度，还可避免局部如图像边缘能量衰减，对每一切片图像以预设的能量进行打印，提高打印物件的合格率。

需要说明的是，本领域技术人员可在上述各局部示例的启发下，按照工程需要进行组合装配，甚至在组合装配的基础上进行器件替换都视为本申请的具体示例，在此不予穷举。

本申请在第二方面还提供一种3D打印机的控制方法，用于控制所述3D打印机将经分层处理的三维模型打印成三维物体。所述3D打印机可以是基于顶面曝光的LCD(LiquidCrystal Display，液晶面光源固化)设备，其能量辐射系统为LCD液晶屏光源系统。所述LCD包括位于所述容器上方的LCD液晶屏、在LCD液晶屏上方对正设置的光源。能量辐射装置中的控制芯片将待打印切片的分层图像通过LCD液晶屏投影到打印面，利用LCD液晶屏所提供的图案辐射面将容器中的待固化材料固化为相应的图案固化层。

所述3D打印机包括容器，能量辐射装置、构件平台、Z轴驱动机构与控制装置。

所述容器的主要作用是盛放待固化材料，并提供适宜的温度，在一些实施场景中，也被称为树脂槽。

在某些实施方式中，所述容器为一槽形结构，由主槽和液位检测区组成，它们之间相互连通。液位检测区上方装有一液位传感器，用以检测液位高度变化并反馈给PLC，再由PLC控制平衡块来保持液位稳定。应理解的，在不需要液位检测的状态下，比如打印的基准面位于液面以下的实施方式中，所述容器可以不设置液位检测区，容后详述。

在本申请的一些实施例中，所述容器11为一个顶部开口的槽形结构，即一个开放的槽结构，所述槽型结构用于盛放例如液态树脂的待固化材料，所述带固化材料被盛放在所述容器内时，具有一个暴露在外部空气之中的液面，所述液面的高度控制是通过向容器内补充树脂或从容器内抽取树脂的方式实现的；在相关的技术中，虽有采用控制容器内的负压来实现液面的控制，但该种方案需要将容器密封起来，使容器内的液面位于一个密闭的容器中，这样不利于设置在容器内外之间的Z轴系统的工作，也因多设置了一层透光层而不利于能量辐射，且需要额外的负压源提供负压，而且在实际的工作中，通过负压控制液面更易造成打印基准面的不稳定。

在本申请的一些实施例中，所述容器侧壁两侧或四侧设置有保温层，并内置有加热板或/和冷却板，利用打印中待固化材料始终与侧壁存在接触面的条件，对待固化材料进行直接的加热或冷却，以控制所述容器中容纳的待固化材料的温度。

在本申请的一些实施例中，所述容器包括主槽。所述主槽用于盛放待固化材料，在容器侧壁上可设置保温层并内置加热板或/和冷却板，利用打印中待固化材料始终与侧壁存在接触面的条件，对待固化材料进行直接的加热或冷却，以控制所述容器中容纳的待固化材料的温度。所述待固化材料包括任何易于光固化的液态材料或粉末材料，其液态材料举例包括：光固化树脂液，或掺杂了添加剂、颜料、染料等混合材料的树脂液等。粉末材料包括但不限于：陶瓷粉末、颜色添加粉末等。所述容器的材质包括但不限于：玻璃、塑料、树脂等。

所述容器的横截面根据在打印设备中容纳的待固化材料体积需要与曝光面面积需要而设置。所述容器的侧壁与容器底具有一定强度，可由金属材料如：铝合金、不锈钢等制成，也可以采用如碳纤维、有机硅材料、玻璃、塑料等非金属材料制备而得。所述容器材料可设置为透明或非透明材料，并可在容器内壁贴设吸光纸，如黑色薄膜或黑色纸等，以减少在投影期间由于光散射对待固化材料的固化干扰。

所述Z轴驱动机构一般包括驱动单元和竖直移动单元，所述驱动单元用于驱动所述竖直移动单元，以便所述竖直移动单元带动构件平台升降移动。例如，所述驱动单元为驱动电机。所述驱动单元受控制指令控制。其中，所述控制指令包括：用于表示构件平台上升、下降或停止的方向性指令，甚至还可以包含转速/转速加速度、或扭矩/扭力等参数。如此有利于精确控制竖直移动单元的上升的距离，以实现Z轴的精准调节。在此，所述竖直移动单元举例包括一端固定在所述构件平台上的固定杆，与固定杆的另一端固定的咬合式移动组件，其中，所述咬合式移动组件受驱动单元驱动以带动固定杆竖直移动，所述咬合式移动组件举例为由齿状结构咬合的限位移动组件，如齿条等。又如，所述竖直移动单元包括：丝杆和旋接所述丝杆的定位移动结构，其中所述丝杆的两端旋接于驱动单元，所述定位移动结构的外延端固定连接到构件平台上，该定位移动结构可为滚珠丝杠。应当理解，所述Z轴通常为竖直方向，即与水平方向相垂直的方向。

所述构件平台对应所述能量辐射装置的能量辐射方向设置，用于承载所形成的图案固化层。构件平台受3D打印设备中Z轴驱动机构的带动，沿Z轴方向移动以便于待固化材料填充到构件平台与打印面之间，使得3D打印设备中的能量辐射系统可通过能量辐射照射待固化材料，使得经照射的材料固化并累积的附着在所述构件平台上。为了精准的对每层固化层的照射能量进行控制，构件平台及所附着的已制造的3D物体部分需移动至与所述打印基准面之间间距最小值为待固化的固化层的层厚的位置。

所述控制装置用于控制所述Z轴驱动机构沿竖直轴向移动以及控制所述能量辐射系统的照射时间、功率、或者频率中的至少一种。所述控制装置可包括：存储单元、处理单元、和接口单元等。

所述存储单元包括高速随机存取存储器，并且还可包括非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。在某些实施例中，存储单元还可以包括远离一个或多个处理器的存储器，例如经由RF电路或外部端口以及通信网络(未示出)访问的网络附加存储器，其中所述通信网络可以是因特网、一个或多个内部网、局域网(LAN)、广域网(WLAN)、存储局域网(SAN)等，或其适当组合。存储器控制器可控制设备的诸如CPU和外设接口之类的其他组件对存储器的访问。

所述处理单元包含一个或多个通用微处理器、一个或多个专用处理器(ASIC)、一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或它们的任何组合。所述处理单元可操作地与存储器和/或非易失性存储设备耦接。更具体地，处理器可执行在存储器和/或非易失性存储设备中存储的指令以在计算设备中执行操作，诸如生成图像数据和/或将图像数据传输到电子显示器。

所述接口单元包含多个接口，各接口分别连接能量辐射系统、构件平台和Z轴驱动机构。各接口根据实际数据传输协议而被配置在控制装置上，所述处理单元与各接口可操作地耦接，以便于所述控制装置能够与上述能量辐射系统、构件平台和Z轴驱动机构进行交互。

在打印期间，所述控制装置控制Z轴驱动机构和能量辐射系统进行逐层固化。所述控制装置依据预设的打印顺序逐个的将分层图像发送给能量辐射系统，由所述能量辐射系统将所述图像照射到打印面，所照射的能量将打印层的待固化材料固化成对应的图案固化层。所述控制装置还用于在照射间隙向所述Z轴驱动机构发出控制指令，例如，所述控制装置在控制能量辐射装置照射完成后，向Z轴驱动机构发送下降方向和转速的控制指令，所述Z轴驱动机构基于所述控制指令下降至相距能量辐射装置图像显示面的预设高度，再由所述控制装置向Z轴驱动机构发送包含上升方向和转速的控制指令，使得所述Z轴驱动机构带动构件平台向打印面移动。在整个上升和下降期间，所述控制装置通过监测所述Z轴驱动机构的运动来确定构件平台相对于打印面的间距，并在所述构件平台达到对应间距时，输出包含停止的控制指令。控制装置通过判断3D物件模型是否完成了所有分层图像的照射，若是，则打印完毕，若否，则重复执行上述打印过程直至打印完毕。

所述能量辐射装置包括面阵列单元与存储模块，所述面阵列单元向位于所述容器内的打印面提供面辐射能量，所述存储模块用于存储将3D物件模型分层后的各分层图像。其中，所述打印面低于所述容器中盛放的待固化材料的表面或位于所述容器中盛放的待固化材料的表面(液面)，也就是说，所述打印面位于所述容器中盛放的待固化材料的表面以下的位置，即所述能量辐射装置的辐射面浸入在树脂槽的液体树脂中；或者所述打印面与所述容器中液体树脂的液面相互贴合。所述能量辐射装置用于将所述三维模型中的切片数据的分层图像辐射到位于打印面的待固化材料，以得到相应的图案固化层。

请参阅图6，显示为本申请提供的3D打印机的控制方法将经分层处理的三维模型打印成三维物体的流程示意图。

在步骤S110中，基于所述三维模型中切片数据的层高驱动所述3D打印机的构件平台移动，以使在所述构件平台与打印面之间填充待固化材料。

所述切片数据至少包括三维模型每一切片的层高和每一切片对应的切片图形即分层图像。在所述分层设备对所述三维模型的分层处理中，将三维模型沿Z轴方向(即沿高度方向)进行横截划分。其中，在每相邻横截划分所形成的横截面层上形成由三维模型的轮廓所勾勒的横截面图形，在所述横截面层足够薄的情况下，认定所述横截面层上横截表面和下横截表面的轮廓线是一致的，即该横截层轮廓线即形成分层图像。所述轮廓包括内轮廓与外轮廓，外轮廓即三维模型的外表面的一部分，内轮廓为三维模型中如孔壁、槽壁等内部结构表面的一部分。

其中，所述打印面低于或位于所述容器中所盛放的待固化材料的表面，即所述打印面设置在容器中待固化材料上表面或一定深度液面下，所述深度即在待固化材料的空气交界面之下的深度。即所述能量辐射装置的面阵列单元中对分层图像的显示面可位于待固化材料的上表面，或所述显示面可在待固化材料中浸没一定深度，对该深度平面所对应的待固化材料进行固化。

在一些实现方式中，所述打印面与所述容器底部之间的高度大于所述待固化材料的表面与所述容器底部之间的高度的二分之一或者四分之三。所述打印面设置在待固化材料的表面之下，而相对于待固化材料在容器中的体积空间仍处于上部。在本申请提供的实施例中，默认将打印面设置在高度临近待固化材料表面的水平面上。

在光固化反应中，其本质是由光引发的聚合、交联反应，光聚合反应包括自由基光聚合反应和阳离子光聚合反应，在自由基光聚合反应和阳离子光聚合反应中待固化材料被固化的微观过程均通过自由基聚合实现。空气中的氧气为一种氧阻聚剂，即氧气具有与自由基发生聚合反应的性质，对于采用顶面曝光的3D打印设备，目前所述打印面设置在待固化材料的自由面上即与空气接触的表面，则打印中存在空气与待固化材料的自由基聚合反应发生竞争，体现为对固化过程的阻聚作用。

本申请的进一步改进在于，基于本申请所提供的打印方法进行打印可以解决现有的顶面曝光方式打印中打印面存在氧阻聚剂的问题。基于本申请的打印面设置，当所述打印面设置在待固化材料的表面时，所述能量辐射装置的显示面贴在待固化材料上表面，即阻断了打印面的待固化材料与氧气的接触。当所述打印面设置在一定深度液面下，显然在打印面的光固化材料与空气中的氧气处于隔离状态，进而避免了打印中固化过程被空气氧阻聚的现象。在一些实现方式中，所述打印面与所述容器底部之间的高度大于所述待固化材料的表面与所述容器底部之间的高度的二分之一或者四分之三。所述打印面设置在待固化材料的表面之下，而相对于待固化材料在容器中的体积空间仍处于上部。在本申请提供的实施例中，在无特别说明的情况下，默认将打印面即置在高度临近待固化材料表面的水平面上。

所述构件平台基于Z轴驱动机构带动下降一定高度，至构件平台与打印面之间形成为待打印的切片层高的间隙，并使其中填充满待固化材料。

在步骤S120中，基于所述切片的分层图像，控制所述3D打印机的能量辐射装置向所述打印面提供面辐射能量，以在所述打印面形成相应的图案固化层；由所述控制装置对获取的切片数据进行分析，基于待打印切片的分层图像、打印层高与固化属性等设置能量辐射装置的受控参数，所述受控参数是指能够改变所述能量装置所输出的光辐射和/或照射时长的参数，其包括但不限于：供电电流、供电电压、供电时长、用于调整灰度的控制信号的占空比或电场电流等。

其中，所述能量辐射装置包含向位于所述容器内的打印面提供面辐射能量的面阵列单元。所述面阵列单元至少包括：光源、光通结构、与显示面板，所述面阵列单元至少包括显示面板与光源，用于呈现所述分层图像的图案固化层并将打印面下待固化材料以预设层高固化为显示的分层图像。所述光源用于辐射出用于固化的光线，在经过所述光通结构与显示面板的选择后显示为预打印的切片图像。所述光通结构与光源和显示面板对接，用于在光源与显示面板的成像面之间改变或/和选择所述光源发射光的路径或选择过滤光源发射光。所述显示面板设置在容器内，其显示的固化图案将与其贴近的打印面以其所显示的切片图形辐射固化。

在本申请的某些实施方式中，所述能量辐射装置包括至少一个面阵列单元，以及用于控制每一面阵列单元的控制器。所述控制器包括光源驱动单元，用于控制面阵列单元的光源阵列，可表现为调节切片图案、光强、时长中的至少一种。所述控制器与所述3D打印设备的控制装置相联，基于所述三维物体的切片数据，所述控制器生成控制信号，调节所述面阵列单元中各个光源是否发光、发光时长和辐射强度以显示所对应切片的图形，并将预设间隙即设置为待固化层层高的间隙内的待固化材料固化形成相应的切片图形。所述每一控制器可基于经捕捉并检测的在其对应的面阵列单元的显示面板上辐射光的强度及图像投射单元对应该光辐射强度的照射参数补偿调整所述图像投射单元照射分层图像的像素灰度；还可以基于捕捉并检测的光辐射强度及所述光源驱动单元对应该光辐射强度的照射参数补偿调整光源驱动单元向光源的输出功率和/或供电时长。

所述控制器可以为CPU(中央处理器，Central Processing Unit，缩写CPU)或集成有CPU的芯片，还可以是GPU(图形处理器，Graphics Processing Unit，缩写GPU)，所述控制器可集成在能量辐射装置的存储模块中或与存储模块分开封装并通过系统总线与非易失性存储器连接，所述非易失性存储器举例为固态硬盘或U盘等。

在所述至少一个面阵列单元为多个面阵列单元的状态下，各所述面阵列单元拼接设置。所述多个面阵列单元的面板外轮廓相衔接，以形成完整得拼接结构。当所述面阵列单元为一个，所述能量辐射装置的用于形成分层图像的辐射面即为面阵列单元的显示面板。在所述显示面板上可显示单个三维模型的切片图像，当满足摆件条件时将多个三维模型摆放在打印面内，亦可为同时显示多个三维模型的切片图像。当所述面阵列单元数量为两个以上时，不同面阵列单元之间显示面板拼接形成一连续的面板。在对大尺寸物体的打印中，所述物体的三维模型切片在不同阵列单元控制器的协同配合下显示在拼接形成的面板上，即可实现尺寸轮廓大于单个阵列单元面板轮廓的三维物体的打印。

在所述至少一个面阵列单元为多个面阵列单元的状态下，所述控制装置控制所述能量辐射装置中的多个面阵列单元分别或协同辐射所述分层图像。控制装置对每一面阵列单元的控制可分别独立进行，也可协同进行使得各面阵列单元以一定的关系或条件辐射能量。对于至少一个三维物体的打印，基于分层处理后获得的切片的摆放位置，当所述分层图像包括一个或多个封闭图形且所有图像被放置在一个面阵列单元的显示面板中时，所述控制装置可控制一个面阵列单元单独辐射分层图像以得到相应的图案固化层；当所述分层图像包括多个封闭图形且不同封闭图形被放置在不同面这列单元的显示面板时，所述控制装置可控制不同面阵列单元基于其显示面板内的图形属性辐射能量以实现对应图形的固化；当所述分层图像中至少一个封闭图形的轮廓超出单个面阵列单元的显示面板的显示范围时，所述控制装置控制多个面阵列单元协同辐射分层图像使得所述封闭图形被完整的辐射以形成相应的图案固化层。

在某些实施方式中，所述面阵列单元为LCD面板，包括发光源、聚光透镜、菲涅尔透镜、上层偏振膜、液晶显示屏和下层偏振膜。所述聚光透镜与菲涅尔透镜即为光通结构，用于改变或/和选择所述发光源发射的光。所述发光源即面阵列单元的光源，可设置为LED(Light-emitting diode，发光二极管，简称LED)排列形成的一组显示器件。例如，所述光源阵列为按照1024×768矩阵形式排布的LED光源。在某些实现方式中，所述发光源为375-405nm的紫外线LED光源，其辐射的光通过聚光透镜在菲涅尔透镜上均匀分布。或者，所述发光源所述光源可以为单色LED或彩色LED光源。或者，所述LCD面板采用冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EFFL)为光源。所述发光源可采用以上任一例举，但并不以此为限。

所述聚光透镜即为凸透镜，用于使得所述发光源发射的光在所述聂菲尔透镜上均匀分布。

所述菲涅尔透镜通过折射使光线改变路径垂直照射到液晶显示屏，通过将透镜划分出为一系列理论上无数多个同心圆纹路即菲涅耳带使得透镜焦距缩短并可传递更多的光。

所述上层偏振膜、下层偏振膜分别设置于所述液晶显示屏的上、下表面，用于控制通过液晶显示屏的光路。在本申请的一实现方式中，所述上层偏振膜与下层偏振膜为一系列越来越细的平行线，所述平行线形成的线网对光线选择阻断，只能通过与平行线相平行的光。由紫外线发光源发射的光在经过所述菲涅尔透镜的路径改变后垂直照射至所述液晶显示屏表面，经过上层偏振膜与下层偏振膜对光线的筛选，以显示出可穿透下层偏振膜的光线，可有效滤除杂光如被极化的光。在本实施例的另一实现方式中，所述液晶显示屏的上下表面可设置为偏振光滤光器。所述上下表面的偏振光滤光器与液晶显示屏相互配合，以选择透过从菲涅尔透镜透射的光，形成相应的切片图案。

所述液晶显示屏水平放置，包括成像显示部分即显示面板，所述成像显示部分为选择性透明显示区域，透过液晶屏的紫外光线构成紫外光图像区域照射在打印面的待固化材料上使其发生固化。在所述控制器的电路驱动下，所述控制器提供所述LCD面板图像信号，使得在液晶屏幕上显示待固化层对应的切片分层图像。在本申请的一实现方式中，所述液晶屏的上下表面为分别排列有细槽的玻璃基板，所述上下表面玻璃基板的细槽相互垂直，两玻璃基板之间填充有液态晶体，所述晶体中微观结构呈杆状水晶分子。每一玻璃基板的细槽上还分别附着有配向膜，使所述分子在其中沿着细槽整齐排列。在本申请的一实现方式中，液晶屏上表面的分子沿南北方向、下表面的分子沿东西方向，位于液晶屏上下表面间的光线沿着分子的排列方向传播，即光线经过液晶被扭转90°，在液晶上加上电压时可控制分子重新排列使得光线被直射出去。所述液晶面板包含多个像素，对每一像素可单独控制所选择透过的光线，通过控制液晶屏的电压，可改变其中水晶分子的方向，使得液晶屏透过的光线折射而显示为所需的切片图像。

在某些实施方式中，所述面阵列单元为LCD面板，包括导光板、紫外线LCD光源、反光膜、增光膜、扩散膜及LCD屏。在本实施例一实现方式中，所述紫外线LCD光源为紫外线LCD光带，分别设置于所述导光板的前侧、后侧、左侧和右侧。

所述导光板可采用亚克力板、PC板，但并不以此为限，由具有高反射率且不吸光的材料制成。导光板中包括多个导光点，射入导光板的光以不同角度扩散而使导光板均匀发光。

在本实施例的一种实现方式中，所述扩散膜为不同材料层组成的多层结构，从上至下依次为第一扩散层、聚酯芯层及第二扩散层。所述第一、第二扩散层为包含扩散粒子(如二氧化硅)的芳香族饱和聚酯，所述聚酯芯层为芳香族饱和聚酯。

所述LCD屏的上下表面分别设置有偏振膜，用于选择性透过照射于LCD屏上的光线。在实际应用中，导光板的四个侧面的紫外线LCD导光带向导光板内侧发出紫外光，所述导光板可引导紫外光传播路径，使紫外光在其中转化为上下两个方向。所述反光膜设置在导光板上表面，将导光板中射入上方的光经其反射到下方向。所述增光膜设置在导光板下方，用于增加射入下方的紫外光亮度，紫外光经由设置在增光膜下方的扩散膜均匀照射至LCD屏。所述LCD屏包括上下表面的玻璃基板和其中填充的液态晶体。所述玻璃基板上设置有平行排列的细槽与配向膜，其中，所述上表面玻璃基板和下表面玻璃基板的细槽排列方向相互垂直。所述液态晶体由杆状液晶分子组成，在配向膜的作用下整齐排列在上下表面的细槽中。在不通电状态下，光线经过液晶中传播时被扭转90°；在液晶上加上电压时可控制液晶分子重新排列使得光线被直射出去。所述液晶面板包含多个像素，对每一像素可单独控制所选择透过的光线，通过控制液晶屏的电压，可改变其中水晶分子的方向，使得液晶屏透过的光线折射而显示为所需的切片图像。

在某些实施方式中，所述面阵列单元为OLCD面板。所述OLCD面板即有机LCD面板，至少包括光源和显示屏。所述光源可设置为LED排列形成的一组显示器件，例如，所述光源阵列为按照1024*768矩阵形式排布的LED光源。在某些实现方式中，所述发光源为375-405nm的紫外线LED光源；或者，所述发光源所述光源可以为单色LED或彩色LED光源；或者，所述LCD面板采用冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EFFL)为光源。所述发光源可采用以上任一例举，但并不以此为限。

在某些实施方式中，所述显示屏为利用塑料基板制作的高性能柔性显示屏，以柔性低温有机薄膜晶体管(OTFT，Organic Thin Film Transistor)底板技术为基础，通过TAC和PET等低成本塑料底层的TFT LCD生产线制成，具有纤薄防碎的特性。所述显示屏包含多个像素，每一像素点由四个相互独立的薄膜晶体管驱动，对每一像素可单独控制所选择透过的光线，如通过控制显示屏的电压，使得显示屏透过的光线折射而显示为所需的切片图像。

在某些实施方式中，所述显示屏上下表面还分别设置有第一偏振膜、第二偏振膜，用于对照射至显示屏的光线进行选择阻断。所述偏振膜为一系列越来越细的平行线，所述平行线形成的线网可对光进行筛选，即只能通过与平行线相平行的光。照射至显示屏表面的光，经过第一偏振膜、第二偏振膜的选择，可有效滤除杂光，配合所述显示屏对光的选择性透过，以实现在打印面显示为待固化的切片图像。

在某些实施方式中，所述OLCD面板的发光源与显示屏之间还设置有聚光透镜，所述聚光透镜可以是凸透镜，用于使所述发光源辐射的光经过聚光透镜后均匀分布至显示屏表面。

在某些实施方式中，所述面阵列单元为LED阵列面板。所述LED阵列面板包括LED阵列基板与光栅。

所述LED阵列基板即面阵列单元的光源阵列，由多个LED发光器件组成。所述LED发光器件包括红光LED发光器件、蓝光LED发光器件和绿光LED发光器件即以光的三原色之一作为单个发光器件的颜色，所述红、蓝、绿光LED发光器件分别沿行、列方向上呈周期性排布。通过对不同光原色的LED发光器件的排布，可将相邻的几个包含任一光色的发光器件以一定的排列规则作为一个像素单元，每一红光、蓝光、绿光LED发光器作为子像素。所述LED排列基板上侧设置有背光板，将所述LED发光器发射的光发射至下方向，所述背光板可以为封装盖或贴设有反光膜的平板。

所述光栅可以是液晶光栅，也可以是透镜光栅。所述光栅设置在LED阵列基板的出光侧即下侧，形成光栅显示面板。所述光栅可用于调节入射光的相位或振幅。

进一步的，所述LED阵列面板还包括温度传感器，用于感测与调整LED发光器件的问题，避免LED波长收到温度影响发生改变而影响辐射光的能量与图像。

所述LED阵列面板的光源阵列由所述控制器进行调控，所述控制器基于切片数据如层高、切片图像控制每一像素点的LED发光器件，使得所述LED阵列面板显示为相应图像并将对应层高内的待固化材料固化。

在某些实施方式中，所述面阵列单元为OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管，简称OLED)阵列面板。所述OLED阵列面板包括基板、盖板、有机发光层与封装层。所述基板设置为OLED阵列面板最下层，所述有机发光层设置在基板与盖板之间，所述封装层设置在盖板端部。

所述有机发光层即为所述面阵列单元中的光源，包括以点矩阵形式实施的多个像素电路，每一像素电路均对应一个独立可寻址的像素。所述每一像素电路对应一个有机发光二极管与像素晶体管，所述像素晶体管可作为控制所述有机发光二极管的开关元件，用于控制其对应有机发光二极管中是否通过驱动电流。所述像素电路排列呈矩阵形式，以确保构成可显示一定图像的显示面板。所述每一像素电路由所述面阵列单元对应的控制器控制，以确定对每一像素电路的驱动电流大小，通电时长等。所述像素晶体管可以是金属氧化物薄膜晶体管，可采用例如氧化锌、氧化铟锌等金属氧化物制成。

所述基板采用透光材质制成，所述透光材质可以是透明玻璃或塑料如有机玻璃、石英玻璃、PC等。所述盖板与封装板用于将所述像素晶体管的光反射至向下方向，在本实施例一实现方式中，所述盖板下表面可贴设反光膜。所述有机发光层在所述控制装置的控制下，根据相应的切片数据选择性驱动像素晶体管，以控制像素晶体管中的驱动电流，输入驱动数据与亮度数据，以基于切片图像与对应层高对相应的待固化材料辐射能量。

在本申请的另一实现方式中，所述OLED阵列单元包括基板，有机层、第一电极、第二电极、透明层。

所述有机层夹置在第一电极和第二电极之间，且通过第一电机与第二电机之间的电学传导发光，为电致发光层。在一种实现方式中，所述有机层包括空穴注入层、空穴运输层、发射层、电子运输层、电子注入层；可采用涂覆方式、热蒸发方式、溅射方式、电子书蒸发方式或化学气相沉积方式将所述有机层设置在两电极之间。

所述空穴注入层用于使得空穴能够从第一电极注入，且空穴输运层用作从空穴注入层注入的空穴的移动路径，使得注入的空穴可以遇到来自第二电极的电子。

所述电子注入层用于使得电子能够从第二电极注入，且电子输运层用作从电子注入层注入的电子的移动路径，使得在发射层中电子遇到从空穴输运层移动的空穴。

所述电子运输层可以包括低功函数金属及其混合物组成的组中的任意一种的电子输运层以促进电子从第二电极的注入。所述低功函数金属可以包括Cs、Li、Na、K、Ca，所述混合物可以包括Li-Al、LiF、CsF和Cs₂CO₃。

在本实施例的一实现方式中，所述第一电极设置在所述基板上，所述有机层设置在第一电极与第二电极之间。所述第一电机与第二电极分别为阳极与阴极，所述第一电极紧贴设置在基板上表面，可采用溅射方法、离子电镀方法或使用电子(e)枪的热蒸发方法在基板上形成；所述第二电极设置在所述有机层上，可采用:具有透明性的银(Ag)、铝(Al)和锰-银(Mg-Ag)合金的任一种或组合物制成。

所述有机层与第一电极之间或所述有机层与第二电极之间可设置一透明层，所述透明层可以采用包括自由氧化物、氮化物、盐中的任一种或其混合物并形成透明层，但不受限于上述例举。所述透明层可以设置为0.1～10nm的厚度，可用于减小电阻并增加光的投射率。

具体的，发射层夹置在空穴输运层和电子输运层之间，且使用来自空穴输运层的空穴和来自电子输运层的电子发光。即，发射层通过在空穴输运层和电子输运层的边界表面上相遇的空穴和电子发光。

所述基板采用透光材料制成，使得所述有机层发射的光能透过其辐射至待固化材料表面。

具体的，在一些实施方式中，所述基于切片的分层图像，控制所述3D打印机的能量辐射装置向所述打印面提供面辐射能量的步骤包括：控制所述能量辐射装置中的至少一个面阵列单元分别或协同辐射所述分层图像。控制装置对每一面阵列单元的控制可分别独立进行，也可协同进行使得各面阵列单元以一定的关系或条件辐射能量。对于至少一个三维物体的打印，基于分层处理后获得的切片的摆放位置，当所述分层图像包括一个或多个封闭图形且所有图像被放置在一个面阵列单元的显示面板中时，所述控制装置可控制一个面阵列单元单独辐射分层图像以得到相应的图案固化层；当所述分层图像包括多个封闭图形且不同封闭图形被放置在不同面这列单元的显示面板时，所述控制装置可控制不同面阵列单元基于其显示面板内的图形属性辐射能量以实现对应图形的固化；当所述分层图像中至少一个封闭图形的轮廓超出单个面阵列单元的显示面板的显示范围时，所述控制装置控制多个面阵列单元协同辐射分层图像使得所述封闭图形被完整的辐射以形成相应的图案固化层。

在步骤S130中，在步骤S120中基于切片数据完成一层固化后，所述图案固化层分别附着于能量辐射装置与构件平台，移动所述构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置处剥离。

具体的，在一些实施方式中，步骤S130中移动构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置上剥离的步骤包括：移动所述构件平台以将所述图案固化层从所述隔离单元的剥离膜上剥离。

所述隔离单元贴于所述面阵列单元设置，用于隔离面阵列单元与打印面。所述隔离单元与面阵列单元的显示面板紧贴，至少将与显示面板相贴的部分设置为高透光率如透光率达到90％以上的材料制成的隔离板，所述隔离板可以是甲基烯酸甲酯单体(MMA)制成的有机玻璃板(透光率可达到92％以上)包括亚克力板、亚克力夹纤维透光板等，或可设置为石英玻璃板如透明聚碳酸酯玻璃板、氧化铝玻璃板，也可设置为钢化玻璃透光板或聚氟乙烯(PVC)板，但并不以此为限。

所述隔离单元贴于打印面一侧即下表面设置有剥离膜。所述剥离膜与待固化材料直接接触，将隔离单元与固化层的分离转化为膜与固化层分离。所述剥离膜具有弹性形变能力，在分离过程中克服分离力产生形变后具有恢复力；同时，所述剥离膜采用具有透光性的材质制成以确保实现依照预设打印层厚和切片图像完成光固化。所述剥离膜可设置为本体防粘材质或在与打印面接触的表面上涂覆防粘涂层，使剥离过程需克服的拉扯力或粘合力减小。

在一些实施方式中，所述隔离单元包括隔离台与固定机构。所述隔离台具有透明底部，用于隔离待固化材料与能量辐射装置。所述透明底部包括所述隔离板，用于在实现隔离作用的同时透过能量辐射装置的显示面板的图像，面阵列单元透过透明底面向打印面提供面辐射能量，将打印面的待固化材料以显示面板的图像固化。在本实施例的一实现方式中，所述隔离台为一具有水平的透明底部的槽结构，将所述面阵列单元容设于其中，其透明底部与面阵列单元显示面板接触。所述槽结构可设置为一体化连接的固定结构，亦可设置为可拆分的结构如透明底部包括一卡槽结构，放置于卡槽中的隔离板可进行拆卸更换。

所述固定机构用于将所述隔离台固定在所述打印面，所述固定机构即作为隔离台的承载结构。在本申请的一实施方式中，所述固定机构设置在3D打印设备的机箱侧壁或顶部等固定结构上，包括移动模块和限位模块。所述移动模块可产生在水平面内的平移运动或Z轴的升降运动，带动设置在固化机构上的隔离台随之在容器内上下移动或水平移动。所述限位结构用于锁紧移动模块，将移动模块固定在一具体空间位置，在固化过程中，所述移动模块处于锁紧状态。

在本申请的一实施例中，所述3D打印机的控制方法在执行完移动所述构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置处剥离的步骤后，还包括通过一填充装置将容器内的待固化材料填充值所述打印面的步骤。

在本申请的一实施例中，所述3D打印设备还包括填充装置，用于在所述控制装置的控制下将构件平台与打印面之间填充待固化材料填充至所述构件平台与打印面之间。在完成一层固化后分离的过程中，尤其对于大幅面物体的打印，待固化材料的自身的流动填充速度通常小于构件平台的移动速度，构件平台下降过程中容易形成气泡或真空腔。所述填充装置与所述控制装置相连，配合所述构件平台与Z轴驱动机构的运动，在完成一层固化后Z轴驱动机构带动构件平台下降使固化层与打印面分离，并下降至构件平台与打印面之间形成可容纳所述填充装置的间隙，填充装置接受控制装置的指令在所述间隙中进行刮涂、喷洒等对待固化材料补充的动作。所述填充装置完成对待固化材料的补充后，Z轴驱动机构带动构件平台上升至打印面与构件平台之间间隙为待打印的切片层高。

请参阅图7，显示为在本申请一实施例中通过一填充装置将容器内的待固化材料填充至所述打印面的流程性示意图。

在步骤S210中，所述填充装置中的刮涂机构在控制装置的控制下在所述打印面上平移。

在本申请的一实施例中，所述填充装置包括刮涂机构、支撑机构、以及移动机构。所述刮涂机构设置在所述隔离单元下方，用于在所述构件平台与所述隔离单元完成固化层剥离后执行刮涂操作，以将待固化材料填充到构件平台与打印面之间。在某些情况下，所述刮涂机构还可能被称为涂敷机构或者刮刀机构，应理解的，凡是能实现在打印面与构件平台之间间隙中填充待固化材料的机构均适用本申请的思想。

在一种实现方式中，所述刮涂机构为刮刀，包括真空泵与传感器，在刮刀进行刮涂或涂覆运动的填充操作时真空泵保持抽气工作，把真空泵调到一定的压力后，未被固化的材料在刮刀吸附槽的负压作用下被吸附到吸附槽中，而后将吸附槽中的待固化材料涂覆到构件平台与打印面间，并消除待固化材料中产生的气泡。所述传感器可实时监测刮刀中真空泵的真空度并将真空度信息反馈至所述控制装置，以调节真空泵的工作，以实现刮涂过程中真空腔内负压的稳定。

在另一种实现方式中，所述刮涂机构可设置为抚平杆。所述抚平杆包括支架、转动轴与可绕转轴转动的套筒，所述支架两端架设在支撑机构上并与移动机构连接。在移动机构的带动下，所述抚平杆可在其所处水平面内移动，所述套筒可绕转动轴旋转，藉以实现对待固化材料的刮涂或涂覆。

所述支撑机构将所述刮涂机构固定在所述容器内，并与所述刮涂机构活动连接。在本申请的一实现方式中，所述支撑机构可采用具有一定的结构强度的材料如不锈钢、铝合金等金属复合材料制成，包含使得刮涂机构在一定路径上移动的导向结构如导轨。所述刮涂机构装配在支撑机构上沿导轨在容器内运动。

所述移动机构用于将所述刮涂机构装配在支撑机构上并受所述控制装置控制，用于带动所述刮涂机构在所述构件平台与打印面的缝隙之内移动。所述构件平台与打印之间的缝隙即可满足所述刮涂机构在其中运动的一定间距。在3D打印中，每一打印层的层高可人为设置，通常在25～300μm，远小于刮涂机构在Z轴方向的尺度。在所述移动机构驱动所述刮涂机构移动前，所述构件平台在Z轴驱动机构带动下下降至构件平台与打印面的间距可容纳刮涂机构。在刮涂机构填充结束后，由Z轴驱动机构带动上升至构件平台与打印面之间间隙为待打印切片层高。在本申请的一实现方式中，所述移动移动包括驱动装置与连接部，所述连接部、驱动装置以及刮涂机构的位置相对固定，所述连接部将刮涂机构装配在支撑机构上，所述驱动装置在控制装置的控制下带动刮涂机构运动。所述驱动装置可以为行进电机，所述连接部可设置为安装梁，所述安装梁两端可设置在支撑机构的导轨上，所述刮涂机构设置在安装梁主体上在行进电机的带动下随安装梁一起沿导轨移动。以实现将所述待固化材料涂覆在构件平台与打印面的缝隙中并消除气泡。

在步骤S220中，所述容器内的待固化材料被填充到所述构件平台与打印面之间。

请继续参阅图6，在步骤S140中，判断打印是否完成，若否，则重复上述过程，执行步骤S110～S130，若是，则完成打印，即在所述构件平台上堆叠图案固化层以得到对应的三维物体。

如上所述，本申请提供了一种3D打印设备及一种3D打印机的控制方法，在对至少一个三维物体的打印中，基于前处理获得的切片数据，将至少一个三维物体的切片图案以对应可使得设置层高内的待固化材料固化的辐射能量显示在至少一个面单元阵列拼接而成的连续面板上，并将打印面设置在待固化材料表面或之下，完成一层固化后，由Z轴驱动机构带动构件平台下沉，填充装置对打印面与构件平台之间的缝隙进行填充，基于下一打印层的切片数据重复上述步骤直至在构件平台上累积形成所有三维物体；本申请可避免现有的基于的顶面曝光进行打印需在每层固化后调整液面的问题，简化了操作流程；同时可实现对大尺寸物件的打印并避免发生掉件，并具有较佳的打印速度，还可避免局部如图像边缘能量衰减，对每一切片图像以预设的能量进行打印，提高打印物件的合格率。

如上所述，本申请的3D打印设备及其控制方法，具有以下有益效果：

通过将面阵列单元作为能量辐射装置的切片图像显示面板，通过对至少一个面阵列单元面板拼接可实现对大尺寸物件的打印。

另外，由显示面板进行面曝光的方式避免了图像边缘能量损失同时兼顾打印效率。

另外，采用顶面曝光的方式进行打印而实现对三维物体包括大尺寸物体的打印中减少或避免掉件问题，并可将打印面设置在待固化材料自由面之下，不需进行自由面波幅调整而实现打印过程简化。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种3D打印设备，用于将经分层处理的三维模型打印成三维物体，其特征在于，包括：

容器，用于盛放待固化材料；

包含面阵列单元的能量辐射装置，所述面阵列单元向位于所述容器内的打印面提供面辐射能量；其中，所述打印面低于所述容器中所盛放的待固化材料的表面或位于所述容器中所盛放的待固化材料的表面；

其中，所述能量辐射装置用于依据接收的所述三维模型中切片数据的分层图像辐射能量以固化位于打印面的待固化材料，以得到相应的图案固化层；

构件平台，对应所述能量辐射装置的能量辐射方向设置，用于附着并承载所形成的图案固化层；

Z轴驱动机构，用于驱动所述构件平台在Z轴方向移动；

控制装置，用于基于所述三维模型中各切片数据，控制所述能量辐射装置和Z轴驱动机构，以在所述构件平台上附着并堆叠图案固化层以得到对应的三维物体。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述能量辐射装置包括隔离单元，贴于所述面阵列单元以隔离所述面阵列单元与所述打印面的固化材料。

3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，所述隔离单元包括：

具有透明底面的隔离台，隔离所述待固化材料与能量辐射装置；其中所述面阵列单元透过所述透明底面向所述打印面的固化材料提供面辐射能量；

固定机构，用于将所述隔离台固定在所述打印面。

4.根据权利要求2或3所述的3D打印设备，其特征在于，所述隔离单元贴于打印面一侧设有剥离膜。

5.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，还包括填充装置，用于在所述控制装置的控制下将待固化材料填充至所述构件平台与打印面之间。

6.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于，所述填充装置包括：

刮涂机构，位于所述隔离装置下方，用于在所述构件平台与所述隔离装置剥离后执行刮涂操作，以将待固化材料填充到所述构件平台与打印面之间；

支撑机构，将所述刮涂机构固定在所述容器内；

移动机构，用于将所述刮涂机构装配在支撑机构上并藉由所述控制装置控制，用于带动所述刮涂机构在所述构件平台与打印面之间的缝隙内移动。

7.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述刮涂机构包括刮刀或抚平杆。

8.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述能量辐射装置包括至少一个面阵列单元；其中，在所述至少一个面阵列单元为多个面阵列单元的状态下，各所述面阵列单元分别或协同辐射所述分层图像。

9.根据权利要求8所述的3D打印设备，其特征在于，在所述至少一个面阵列单元为多个面阵列单元的状态下，各所述面阵列单元拼接设置。

10.根据权利要求8所述的3D打印设备，其特征在于，所述能量辐射装置还包括用于控制每一面阵列单元的控制器。

11.根据权利要求1或8所述的3D打印设备，其特征在于，所述面阵列单元包括以下任一种：LCD面板、OLCD面板、LED阵列面板、OLED阵列面板。

12.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述打印面与所述容器底部之间的高度大于所述待固化材料的表面与所述容器底部之间的高度的二分之一或者四分之三。

13.一种3D打印机的控制方法，用于控制所述3D打印机将经分层处理的三维模型打印成三维物体，其特征在于，包括以下步骤：

基于所述三维模型中切片数据的层高驱动所述3D打印机的构件平台移动，以使在所述构件平台与能量辐射装置的之间形成具有待固化材料的打印面；其中，所述打印面低于所述容器中所盛放的待固化材料的表面或位于所述容器中所盛放的待固化材料的表面；

基于所述切片的分层图像，控制所述3D打印机的能量辐射装置向所述打印面提供面辐射能量，以在所述构件平台上附着图案固化层；其中，所述能量辐射装置包含向位于所述容器内的打印面提供面辐射能量的面阵列单元；

移动所述构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置处剥离，以在所述构件平台上附着图案固化层；

依序重复以上步骤以在所述构件平台上附着并堆叠图案固化层以得到对应的三维物体。

14.根据权利要求13所述的3D打印机的控制方法，其特征在于，所述移动构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置处剥离的步骤包括：移动所述构件平台以将所述图案固化层从所述隔离单元的剥离膜上剥离。

15.根据权利要求13所述的3D打印机的控制方法，其特征在于，所述移动构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置的隔离单元上剥离的步骤包括：

具有透明底面的隔离台，隔离所述待固化材料与能量辐射装置；其中所述面阵列单元透过所述透明底面向所述打印面提供辐面射能量；

固定机构，用于将所述隔离台固定在所述打印面。

16.根据权利要求13所述的3D打印机的控制方法，其特征在于，在移动所述构件平台以将所述图案固化层从所述能量辐射装置处剥离的步骤后，还包括：通过一填充装置将容器内的待固化材料填充值所述打印面的步骤。

17.根据权利要求16所述的3D打印机的控制方法，其特征在于，所述通过一填充装置将容器内的待固化材料填充值所述打印面的步骤包括：

控制所述填充装置中的刮涂机构在所述打印面上平移，以将所述容器内的待固化材料填充到所述构件平台与打印面之间。

18.根据权利要求13所述的3D打印机的控制方法，其特征在于，所述基于切片的分层图像，控制所述3D打印机的能量辐射装置向所述打印面提供面辐射能量的步骤包括：在所述面阵列单元为多个的状态下，控制所述能量辐射装置中的多个面阵列单元分别或协同辐射所述分层图像。

19.根据权利要求13或18所述的3D打印机的控制方法，其特征在于，所述面阵列单元包括以下任一种：LCD面板、OLCD面板、LED阵列面板、OLED阵列面板。

20.根据权利要求13所述的3D打印机的控制方法，其特征在于，所述打印面与所述容器底部之间的高度大于所述待固化材料的表面与所述容器底部之间的高度的二分之一或者四分之三。

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